高靱性化したセラミックス基複合材料の微小亀裂進展挙動の測定と解析

增韧陶瓷基复合材料微裂纹扩展行为的测量与分析

• 批准号: 07855078
• 负责人: 赤津 隆
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07855078/
• 关键词: セラミックス; 複合材料; 表面亀裂; R曲線; セラミックス; 複合材料; 表面亀裂; R曲線

交付された科学研究費補助金で購入した一連の実験装置を用いて、アルミナ及び炭化けい素ウィスカ-強化アルミナ複合材料の微小亀裂からのR曲線挙動を簡便かつ正確に評価することが可能となった。表面微小亀裂を用いた幾つかの破壊靱性値評価方法を比較検討し、R曲線挙動を解析した結果、亀裂進展をその場観察しないときには、CSF法による評価が最も適していることがわかった。得られた結果を解析したところ、亀裂先端より後方での亀裂閉口応力は、アルミナでは約30MPa、炭化けい素ウィスカ-強化アルミナ複合材料では約150MPaと推定され、それぞれアルミナ粒子架橋とウィスカ-の亀裂面架橋を反映していると推察できた。従って、ウィスカ-の亀裂面架橋による亀裂閉口応力を大きくかつ広い範囲で作用させるような材料設計が高靱性化に有効であると考えられ、界面結合力を制御することでそれを実現する計画を立案している。さらに、亀裂閉口応力の分布を定量化し、高靱性化機構を詳細に検討することが今後の課題である。一方、微小亀裂からのR曲線挙動は、今まで研究してきた巨視亀裂からのR曲線とは異なる様相を呈したことから、R曲線が亀裂形状に依存することがわかった。従って、強度や疲労特性を決定する破壊は微小亀裂が起点になっていることから、今回得られたデータは材料の信頼性や疲労寿命の予測に有効に活用できるはずであり、これらの関係を理論的・実験的に検討する予定である。

使用一系列在科学研究的赠款中购买的一系列实验设备，可以简单，准确地评估氧化铝和碳化硅胡须 - 增强氧化铝复合材料的R曲线行为。在比较并检查了使用表面微裂纹评估断裂韧性的几种方法之后，我们分析了R曲线行为，发现当未观察到裂纹生长原位时，CSF方法是最合适的方法。分析了结果，并估计氧化铝的裂纹应力约为30 MPa，对于碳化硅晶状体晶须强化的氧化铝复合材料约为150 MPa，分别反映了氧化铝颗粒和晶须的裂纹表面交联。因此，据信，允许晶须的裂纹表面交联引起的裂纹闭合应力在宽范围内起作用将有效地改善韧性，并且正在通过控制界面粘合力来实现这一目标。此外，未来的挑战将是量化裂纹闭合应力的分布，并检查改善韧性的机制。另一方面，微裂纹的R曲线的行为与R曲线不同于我们一直研究的宏观裂纹，并且发现R曲线取决于裂纹的形状。因此，由于确定强度和疲劳特性的失败是从微裂纹中得出的，因此应有效地利用这次获得的数据来预测材料的可靠性和疲劳寿命，并且将检查这些关系的理论和实验性。